仿生设计中的绿色设计理念探讨_陆冀宁

作为人类有意识地规划和控制自己生活方式和生活环境的工具，设计越来越受到重视。

无论是仿生设计还是绿色设计，都处在众多设计思潮的前沿。

这是因为，从各个方面讲，这两种设计都包含着人们对产品-人-环境这一系统的综合性思考和权衡，是系统性处理天人关系的方式。

这两种设计思想也有众多共通之处，笔者将就这一问题进行分析。

1 绿色设计的相关概念
绿色设计（geen design），是指“将生态环境意识融入设计形成其核心思想理念，在运用设计解决供给问题的同时，又设法减轻或消除由此而可能造成的环境负面影响。

其目标是创造新的生活方式和消费方式来满足人类对物质、自然、社会人文环境的多方面需求”。

[1] 随着环境问题的恶化，人们对绿色设计的研究逐渐深入，其概念阐发和层次分类越发细致，它与生态设计（eco-design）、生态意识设计（ecological conscious design）、可持续设计（sustainable design）、低碳设计（low carbon design）、面向环境的设计（design for environment）、环境意识设计（environmentally conscious design）等概念原本极为接近又渐渐有了各自的侧重点。

近年来，随着产品的文化属性越来越受到重视，绿色设计的理念中也加入了文化生态的概念，述及环境友好往往包括自然环境和社会文化环境两方面。

2 仿生设计与绿色设计的关系
绿色设计的核心理念其实可以用以前常喊的一个口号来概括，就是“多快好省”，希望产品可以实现尽
仿生设计中的绿色设计理念探讨
陆冀宁1, 2，徐伯初1，支锦亦1
（1. 西南交通大学艺术与传播学院，四川成都 610031；
2. 重庆工商大学艺术学院，重庆 400067）
摘要：简要介绍了绿色设计相关的概念，论述了绿色设计和仿生设计的紧密关系，根据细分后的产品生命周期各阶段分析了仿生设计中的绿色设计特性，以期丰富绿色设计和仿生设计的理论研究。

关键词：仿生设计；绿色设计；生态设计
中图分类号：TB472；F426.2 文献标识码：A
Discuss about Green Design Concept Showed on Bionic Design
LU Jining1, 2, XU Bochu1, ZHI Jinyi1
(1. School of Art and Communication, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 610031, China;
2. School of Art, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China)
Abstract: Concepts related to green design were briefly introduced. The relationship between green design and bionic design was explained. According to a subdivided product life cycle, green design concepts showed on bionic design were analyzed. The author hopes to enrich the academic studies on green design and bionic design.
Key words: bionic design; green design; eco-design
基金项目：重庆工商大学青年博士科研基金项目（1154006）
作者简介：陆冀宁（1975～），男，山西介休人，博士生，副教授，主要研究方向为仿生设计、趣味产品设计、设计教育、设计管理；徐伯初（1963～），男，四川成都人，教授，研究方向为交通工具造型设计、工业设计理论研究；支锦亦（1974～），女，四川成都人，副教授，研究方向为产品色彩设计、轨道交通工具设计理论、人机交互设计。

可能多的功能，尽可能方便快捷，实现的效果好并且对环境也足够友好，在整个过程中都能节省资源和能源。

也就是说，系统的绿色设计要求产品的设计、生产、包装、运输、消费、废弃、回收处理等方面均从系统的高度加以具体分析，确定各自的地位，在有序和协调的状态下，使产品达到整体的“绿色化”[2]。

仿生设计对直接或间接实现这些目的有着巨大的优势。

仿生设计是针对在生物在自然环境中表现出的各种特性进行模仿以解决相似情况下碰到的实际问题的设计思想。

生物中出现较晚的灵长类动物也有上千万年的历史。

经过长久的自然选择，生物体的能源利用效率远远高于同样功能的人造设备，对环境的影响也可忽略不计。

从模仿对象上来说，仿生设计天然就具有绿色设计的特性。

3 仿生设计在产品生命周期各阶段中体现的绿色设计特性
众多针对绿色设计的分析都是针对产品生命周期而展开，我们考虑的产品生命周期一般包括以下五个阶段：设计阶段、生产阶段、市场阶段、使用阶段和废弃阶段[3]。

但简单的分类不能充分体现仿生设计中的绿色设计特征，因此，笔者将产品生命周期更细致地分为决策调研、设计创新、材料工艺、生产制造、包装运输、展示销售、使用维护、拆卸回收、废弃处理九个可能与绿色设计发生关联的阶段。

3.1 决策调研阶段
前期调研分析和立项决策是企业产品管理的重要内容，也是产品生命周期的开端。

管理领域也可以向自然界拜师学艺，“模拟生命系统管理规律的科学即管理仿生学”[4]。

生命是自然界最完美无缺的事物，企业虽然不是生命体，但“我们用生命的原理来设计、来运行，赋予它概念上的‘生命’，那么，它就会在结构上更加合理，功能上更加协调，运行上更加有效”[5]。

另外，在处理各种复杂问题上，相关研究人员也提供了如蚁群、蜂群、混合蛙跳、人工鱼群、人工神经网络、情感、遗传等诸多优化算法，能够在多因素的系统中求得尽可能优化的解决方案。

这些都有利于企业乃至政府和社会实现资源和能源的优化配置。

3.2 设计创新阶段
自然界一直是设计师的首要创意来源。

从创新思维的角度来看，仿生设计的参照来源是自然界中经过上亿年的进化和自然选择，是相关环境中的最优化设计，能够极大地降低创新的成本。

飞机高速飞行时，机翼会发
生颤振而断折，许多科学家和试验人员作过种种试验，花费了很大的精力和时间试图解决它并以失败告终后，人们才惊愕地发现自然界早就发展了一种对抗颤振的措施，就是蜻蜓翅膀末端前缘的加厚色素斑——翅痣，如图1所示。

“如果人们能早一点向昆虫借用这种有效的抗颤振办法，就可以避免长期的探索和人力的牺牲。

”[6]由此可见，不仅仿生设计的成果可以更好地实现绿色设计的理念，仿生设计的过程本身也可以帮助设计师和工程师节约宝贵的时间和精力，形成绿色效益。

3.3 材料工艺阶段
在确定产品的生产工艺时，仿生设计不能直接形成绿色效益。

很多产品会使用木材等天然材料，但这并不是仿生设计的要求。

不过，仿生设计所产生的材料往往在特定环境中表现出极为出色的效果。

如图2所示，“1971～1990年，Bonn 大学植物学家Borthlott 等发现荷叶表面的乳状突起构型，研究其抗污染的自清洁效应，并将模仿荷叶所制备的纳米表面涂层材料应用于汽车制造工业和建筑工程。

”[7]这种具备自清洁效应的建筑或汽车表面，可以在日后的使用过程中节约大量的水资源和人力，减少化学洗涤剂的使用。

又比如模仿海豚皮肤制造出的片流膜，“试验表明，覆以这种人造海豚皮的鱼雷，在水中运动受到的阻力至少降低50%。

”[6]利用这些在减阻、减震、减粘附等方面有优异性能的仿生材料，也是实现绿色设计理念必不可少的手段。

3.4 生产制造阶段
在生产制造阶段，一方面，某些材料或半成品的制备具有仿生性质；另一方面，仿生机器人在生产过程中能够大显身手，大量代替人工劳动，提高工作效率。

但
图1 蜻蜓的翅痣与飞机机翼
是机器人用于生产过程是把双刃剑，它在节约人力增加效率的同时，也加大了资源和能源的消耗，因此，这一阶段的仿生设计应用并不多见。

3.5 包装运输阶段
产品包装中的仿生设计十分常见，但大部分是形态仿生，只是增加了包装的美观。

只有结构仿生的包装设计，才能够在保证强度和安全的情况下节省材料和运输空间。

如图3所示，“人们受蜂巢独特结构启发，经空间形状、力学构造等科学计算，一种强度高、稳定性能好、用料省、空间利用率高的既安全又方便的储存禽蛋的结构仿生包装设计应运而生。

”[8]
在运输过程中，仿生设计的绿色效益十分突出。

众所周知，运输工具的外形对其空气或水的阻力大小影响极大，仿生形态的运输工具，可以有效降低空气或水的阻力，降低能耗。

如图4所示，Mercedes-Benz公司推出的一款模仿箱鲀（spotted boxfish）形态的汽车，与同样动力的汽车相比，车速从0提升到时速100公里只需0.8秒，最大速度可保持在时速190公里，性能明显提升的同时也降低了能耗。

3.6 展示销售阶段
展示销售阶段的仿生设计主要体现在两方面，一是展架，如展示服装首饰等物品的人体模特、自行车或炮台形状的酒具架、展示茶具等的微型博古架等，这些往往是形态仿生，不具有绿色效益；一是展示场馆，膜结构或骨架结构的形式都十分常见，这些结构往往体积小重量轻，受力性能好。

3.7 使用维护阶段
生物体在相关环境中进化，这种环境是它们生存的根本，所以它们实现功能的方式不会对环境产生负面影响，这种方式本身就有着绿色设计的性质。

显而易见，仿生设计所产生的产品将在使用过程中对环境产生的负面影响缩减到最小。

如图5所示，“美国80年代的B-2隐形轰炸机，以及目前的F-22和F-35隐形飞机等，模拟猫
头鹰采用轻而宽大的机翼，大量使用了锯齿状边缘结构图2 荷叶效应
的消声技术。

”[7]
仿生形式的产品往往有着强大的可靠性和环境适应性，能够显著节省维护工作量。

例如“通过模拟土壤动物蚯蚓等的自控润滑原理，研制了一种农业机械动力工程领域的仿生鳞片式压力润滑活塞……活塞结构简单，易于加工，易于形成压力油膜润滑，减小摩擦、磨损，提高机械效率、使用寿命和降低噪声”[9]。

另外，生物特别是动物对环境的适应性很强，通过仿生设计手段可以增加产品的适用范围，以一个产品解决以往需要多个产品才能解决的问题。

可以毫不夸张地说，功能仿生、结构仿生、材料仿生、带有功能特性的形态仿生，以这些形式设计出来的产品，将再现其模仿对象经过亿万年检验的清洁高效，在产品的使用与维护阶段能明显表现出仿生设计的绿色效益。

3.8 拆卸回收阶段
对产品拆卸过程进行规划是实现产品面向拆卸回收设计的有效途径，也是评价产品绿色特性的重要手段。

产品的拆卸过程规划问题已成为产品面向拆卸回收设计中的核心问题，运用前面提到的蚁群优化算法可以找到可行的拆卸序列规划方案，从而实现产品实际拆卸过程的综合效益。

3.9 废弃处理阶段
现阶段的仿生设计主要考虑的是如何有效实现产品的使用功能和传达形态语意，极少看到有对易于废
图3 纸浆蛋盒
图4 奔驰公司的箱鲀仿生车
弃处理的仿生结构和仿生材料的研究，这方面暂时是个空白。

4 结语
无论是仿生设计还是绿色设计，都是人类在地球上求取更好的生存形式的方法和工具，都是实现人类的真正幸福的途径，它们的终极理念都是人类基于对自身美好生活的想象而建立的，有极大的共通之处。

应该说，绿色设计侧重于目的，仿生设计侧重于手段。

将仿生设计和绿色设计结合，生产出更多更好的产品来满足我们的生产生活，是人类自身的要求，更是设计发展的趋势。

参考文献：
[1]王立端，吴菡晗. 再论绿色设计[J]. 生态经济，2013（10）：192～
199.
[2]杨明朗，蔡克中. 工业设计的未来之路——绿色设计[J]. 包装工程，2001，22（3）：22～25.
[3]栾忠权. 绿色设计的策略与方法[J]. 北京机械工业学院学报，2002，17（3）：51～58.
[4]刘福林. 生物群落结构原型的仿生学模拟[J]. 生态经济，2008（7）：151～154.
[5]郑秀峰. 企业管理仿生与研究方法探讨[J]. 当代经济，2006（6）：72～74.
[6]王书荣. 自然的启示[M]. 上海：上海科学技术出版社，1978.[7]孙久荣、戴振东. 仿生学的现状和未来[J]. 生物物理学报，2007，23（2）：109～115.
[8]梁佩. 仿生学在包装设计中的应用[J]. 现代装饰：理论，2012（4）：18.
[9]洪筠. 多元耦合仿生可拓研究及其效能评价[D]. 长春：吉林大学，2009.
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（责任编辑：杨青）
图5 B2隐形轰炸机。